基于电液比例技术的液压挖掘机控制系统研究

摘要

液压挖掘机作为工程机械的主要产品之一，在各种工程施工中都起着十分重要的作用。为了提高挖掘机的工作效率、改善其工作特性、降低能源消耗、减轻操作强度，引入自动控制势在必行。液压挖掘机的控制系统是实现其自动化控制和智能化控制的关键所在。而电液比例技术对挖掘机的控制系统起到了重要的作用。本文以湖南山河智能机械股份有限公司的液压挖掘机SWE230为研究对象，对其的控制系统进行研究。
　　 本文在查阅大量资料及相关文献的基础上，阐述国内外液压挖掘机控制技术发展概况以及最新趋势，收集整理了国内外液压挖掘机控制器的研究成果。针对SWE230液压挖掘机的功能特点，对挖掘机的控制系统进行研究，重点分析了电液比例技术在挖掘机控制系统中的作用。接下来，从PWM控制的优势与特点入手，对基于PWM的电液比例控制关键技术进行研究，提出一套完整的比例阀控制方案，包括研究PWM控制技术中的关键参数以及斜坡控制方法，重点对比例阀的发热现象进行理论分析，提出电流反馈闭环控制，使用PI算法对偏差进行调节，达到稳定电流的目的。然后，在分析SWE230液压挖掘机控制系统总体方案的基础上，完成控制器的硬件和软件设计，为挖掘机的控制系统搭建实验平台。最后，在实验室和现场对控制器的性能进行测试，验证结果发现该控制器各个模块工作正常，具有较强的抗干扰能力，稳定性好；并且经验证发现该控制器对电液比例阀具有良好的控制效果，为挖掘机控制系统的建立奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外液压挖掘机控制系统发展概况

1.3 电液比例控制技术的发展概况

1.4 液压挖掘机控制器国内外发展现状

1.4.1 国外的液压挖掘机控制器

1.4.2 国内的液压挖掘机控制器

1.5 论文的选题意义

1.6 论文的主要研究内容

第二章 液压挖掘机控制系统研究

2.1 SWE230液压挖掘机

2.2 液压挖掘机电子控制系统

2.2.1 智能化对挖掘机控制系统的要求

2.2.2 液压挖掘机控制系统中的电液比例技术应用

2.3 液压系统节能控制

2.3.1 负流量控制原理

2.3.2 负流量控制局限性

2.3.3 电液比例技术在负流量负载敏感控制中的应用

2.4 功率匹配控制

2.4.1 恒功率变量泵

2.4.2 柴油机工作特性

2.4.3 发动机与液压泵的功率匹配控制

2.5 其他电子控制系统功能

2.5.1 状态监控系统

2.5.2 功率模式设定

2.5.3 发动机自动怠速

2.5.4 二次增压

2.5.5 自动暖机

2.6 电液比例控制关键技术的研究

2.6.1 传统比例驱动技术的优点与不足

2.6.2 PWM比例控制技术

2.6.3 斜坡控制方法研究

2.6.4 比例电磁阀发热对控制精度的影响

2.6.5 电流反馈闭环控制

2.7 本章小结

第三章 液压挖掘机控制系统总体方案设计

3.1 控制系统的主要组成部分

3.1.1 传感器与开关

3.1.2 驱动部件

3.1.3 其他附属设备

3.2 控制器总体方案设计

3.2.1 液压挖掘机对控制器的基本要求

3.2.2 控制器输入输出信号总结

3.2.3 控制器的技术指标

3.3 本章小结

第四章 液压挖掘机控制器硬件设计

4.1 控制器硬件结构组成

4.2 控制系统主控制芯片的选择

4.3 控制系统硬件电路

4.3.1 主控制芯片DSP56F807核心电路

4.3.2 电源保护与转换电路

4.3.3 信号采集电路

4.3.4 数字量驱动电路

4.3.5 PWM输出与电流反馈电路

4.3.6 CAN通信电路

4.4 硬件抗干扰分析与解决

4.4.1 系统干扰分析

4.4.2 硬件抗干扰措施

4.5 本章小结

第五章 液压挖掘机控制器软件架构设计

5.1 软件开发环境简介

5.2 控制器软件流程研究

5.2.1 主程序

5.2.2 底层驱动模块

5.2.3 电液比例负流量负载敏感控制

5.2.4 发动机与泵功率匹配控制

5.2.5 系统其他辅助控制功能

5.3 软件抗干扰措施

5.4 本章小结

第六章 电路仿真与控制器性能测试

6.1 电路仿真

6.1.1 Multisim 10的功能特点

6.1.2 电源电路仿真

6.1.3 电流反馈电路仿真

6.2 控制器性能测试

6.2.1 实验环境

6.2.2 实验室功能测试

6.2.3 现场功能测试

6.2.4 实验结果分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果